CAPÍTULO 3: DISEÑO DE UNA RED DE TRANSPORTE DWDM PARA LA REGION
3.4. Aplicación de la guía de diseño a la red objetivo
Tomando como punto de partida la red de transporte SDH de la Región Central de Cuba (ver figura 30) se procederá a diseñar una Red DWDM que garantice la transmisión de señales SDH y de otros posibles clientes. Para esto se aplicará la guía propuesta en el epígrafe anterior.
Elección del fabricante
Para la selección del equipamiento se apostó por el proveedor Huawei Technologies debido a su gran prestigio a nivel mundial por sus soluciones compactas y altamente fiables. Además es líder desde 2010 en el mercado mundial de los sistemas de transmisión por fibra óptica. Está presente en diversas partes del mundo con formidables resultados, en países como China, Alemania, Rusia, España, Francia, Corea del Sur, Brasil, Chile, Argentina y recientemente tiene una gran penetración en el continente africano.
Huawei ha desarrollado para las aplicaciones tanto metropolitanas como de larga distancia la familia de equipos NG – WDM o WDM de Nueva Generación. Su principal equipo dentro de
esta familia en cuanto a ventas y distribución es el OptiX OSN 6800, el cual tiene una buena relación costo – beneficio y grandes prestaciones. Además dentro de esta familia se encuentran los OptiX OSN 1800, OSN 3800 y OSN 8800.
Otra razón primordial en la elección de Huawei radica en que es el principal proveedor de equipamiento de telecomunicaciones a la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S. A. y primer socio comercial estratégico de Cuba. Su presencia en el país se remonta ya a más de 10 años y ha desarrollado importantes proyectos de telecomunicaciones entre los que se encuentra el tendido y despliegue de la Red Nacional de Fibra Óptica (FON), la Red ASON y recientemente la Red IP / MPLS.
Topología, configuración y tipo de fibra óptica a emplear
La topología actual de la red SDH es de anillo sobre la fibra óptica SMF G.652 D desplegada a todo lo largo del país. La nueva red DWDM va a mantener la misma topología (anillo) basada en multiplexores ópticos de inserción – extracción fijos (FOADM) y reconfigurables (ROADM) OptiX OSN 6800 sobre la fibra G.652 D. Se instalará cada uno de los multiplexores en los mismos sitios donde se encuentran hoy los nodos SDH.
Por su importancia y posición en la red de transporte nacional, por los clientes actuales y los futuros se propone emplear ROADM en los nodos de Santa Clara, Caibarién, Morón, Cienfuegos, Sancti Spiritus, Ciego de Ávila, Camagüey, Las Tunas y Holguín. En los restantes nodos se emplearán FOADM.
En cada uno de los nodos se colocará un bastidor con dos sub-racks por cada dirección previendo un posible crecimiento de los clientes. Los ROADM están compuestos por la Unidad de Interface de Fibra FIU colocada una en cada dirección, los amplificadores ópticos OBU en el sentido de recepción y OAU en el sentido de transmisión, los multiplexores M40V y los demultiplexores D40V con atenuación variable por software en la entrada y la salida respectivamente.
Se genera un canal de supervisión bidireccional fuera de la banda de trabajo mediante la tarjeta SC2. Se colocarán en los slots centrales las matrices de cross – conexiones eléctricas en configuración 1 + 1 (ver figura 31).
Los transpondedores se utilizarán según el tipo de tráfico a encapsular. En este caso se emplearan para los servicios SDH existentes el transpondedor LQMS que procesa 4 señales entre 100 Mbps y 2.5 Gbps para conformar una longitud de onda acorde a la G.694.1. A medida que se incrementen los servicios y varíen los tipos de señales a encapsular se seleccionaran los transpondedores acordes con estas señales y se colocaran en los slots
disponibles.
Para lograr la extracción e inserción de longitudes de onda de forma dinámica se deben colocar las unidades reconfigurables RMU – 9 en el sentido de inserción y la WSD – 9 en la extracción. Estas unidades cuentan con puertos por los que se pueden insertar y extraer una longitud de onda o un grupo de estas a través del sistema de gestión y supervisión.
Figura 31. Bastidor OSN 6800 como ROADM (Fuente: Elaboración Propia).
En la configuración como FOADM, el OSN 6800 cuenta con las mismas unidades que para el ROADM exceptuando las unidades de inserción / extracción reconfigurables. En su lugar este proceso se realiza de forma física a través del cableado entre las unidades multiplexoras y demultiplexoras. En la figura 32 se muestra el bastidor del OSN 6800 como un FOADM.
Figura 32. Bastidor OSN 6800 como FOADM (Fuente: Elaboración Propia).
Cálculo de la atenuación para cada uno de los segmentos
A partir de la ecuación 3.2 se procederá a calcular la atenuación existente entre cada una de las secciones de transmisión óptica (OTS) de los segmentos de la red DWDM. La fibra empleada es la G.652 D que posee un coeficiente de atenuación FO 0.3dB/km en los 1550 nm. Se asume en cada segmento dos conectores con una pérdida C 0.5 dB y un margen para el enlace M 3dB.
Por su parte, la unidad interface con la fibra óptica (FIU) a través de la cual se multiplexan las longitudes de onda de trabajo provenientes del amplificador óptico y el canal de supervisión óptica (OSC), presenta una pérdida por inserción IL 1.5 dB. Aplicando la ecuación 3.2 se obtienen los valores de atenuación para cada segmento.
En el sentido de recepción la FIU tiene una sensibilidad de –30 dBm para el trayecto principal y – 46 dBm para el canal de supervisión óptica. Se calcula el valor de potencia recibida en
cada uno de los nodos mediante la suma algebraica de la atenuación del tramo y la potencia de transmisión (+6 dBm). Los valores de atenuación y potencia recibida se recogen en la tabla 7 así como la distancia entre los nodos.
Tabla 7. Atenuación y potencia recibida en cada uno de los tramos de la red (Fuente: Elaboración Propia).
Analizando los datos de la tabla anterior se puede apreciar que el trayecto Cienfuegos – Sancti Spiritus se encuentra comprometido comparando la potencia recibida con el valor de sensibilidad de la FIU, por lo que es necesario introducir un nodo amplificador de línea óptico (OLA) entre ambos destinos.
Por la trayectoria del tendido de los cables de fibra óptica y las características de los sitios de telecomunicaciones existentes se decide colocar este OLA en la URA de la Salud en la ciudad de Santa Clara.
Cálculo de los efectos de la dispersión cromática y de la PMD. Determinación de la velocidad de operación del sistema
En este paso se calcula la dispersión cromática acumulada entre las secciones de multiplexación óptica (OMS) en la red. La fibra G.652 D presenta un coeficiente de dispersión cromática de 17 ps/nmkm en la banda de trabajo C. Los transpondedores (OTU) en el
sentido de recepción presentan una característica de dispersión máxima acumulada según sea el dispositivo fotodetector (PIN o APD). A la hora del diseño se debe tener en cuenta qué OTU es la que se desea emplear en función de las señales clientes a procesar y la razón de bits a transmitir. En el caso de la plataforma OptiX OSN 6800 los OTU presentan las características de dispersión acumulada para la fibra G.652 que se muestran a continuación.
Tabla 8. Característica de dispersión cromática acumulada para los receptores del OSN 6800 (Fuente: [38]).
Aplicando la ecuación 3.4 se obtienen los valores de dispersión cromática para cada una de las OMS. Comparando los valores obtenidos con la dispersión acumulada permisible máxima para cada tipo de receptor se concluye que la velocidad máxima a la que puede operar la red DWDM propuesta es 5 Gbps. Este valor no forma parte de la jerarquía OTH por lo que se toma como velocidad de operación la OTU – 1 (2.5 Gbps) para garantizar la interoperabilidad futura con otros fabricantes.
Además se debe colocar en los nodos OADM módulos compensadores de dispersión (DCM) para post – compensar la dispersión cromática proveniente del nodo anterior. En la tabla 9 se muestran las características de los DCM que ofrece Huawei Technologies para los sistemas que utilizan las fibras G.652 y G.655. En la tabla 10 se recogen los valores de la dispersión cromática calculados y los módulos compensadores a colocar en cada nodo de la red propuesta.
Tabla 9. Módulos compensadores de dispersión cromática ofrecidos por Huawei (Fuente:
[38]).
Tabla 10. Dispersión cromática en cada segmento y módulo DCM a colocar (Fuente: Elaboración Propia).
Para la velocidad de operación propuesta en la red DWDM el efecto de la Dispersión por el modo de polarización (PMD) es despreciable. Para una velocidad de 2.5 Gbps y un coeficiente de PMD de 0.2 ps/ kmde la fibra G.652 D la distancia máxima que puede existir entre las secciones OMS de la red es de 40 000 km.
Cálculo de la Relación Señal a Ruido Óptica (OSNR)
Aplicando el método de cálculo empleado en el Anexo E se calculará la OSNR en cada una de las etapas. Se toma como potencia de transmisión en cada uno de los segmentos
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P dBm a la salida de cada una de las FIU. Los amplificadores ópticos utilizados en la rama de recepción en el OptiX OSN 6800 son del tipo Booster con una ganancia de 20 dB y una figura de ruido NFi 5.5dB. En el sentido de transmisión se utilizan amplificadores ópticos con una ganancia de 23 dB y una figura de ruido de 5.0 dB. Ambos amplificadores son del tipo EDFA. Los valores de atenuación y potencia recibida necesarios para el cálculo se obtienen de la tabla 7.
En la tabla 11 se recogen los valores obtenidos del cálculo de la relación señal a ruido óptica para cada uno de los segmentos de la red DWDM propuesta.
Tabla 11. Valores de OSNR entre cada uno de los nodos de la red DWDM propuesta (Fuente: Elaboración Propia).
Se puede apreciar que la OSNR se mantiene alrededor de los 30 dB. Si disminuye la potencia de transmisión para evitar el efecto de las no linealidades la relación señal a ruido óptica también disminuye. No obstante, con la utilización de amplificadores ópticos tipo Raman en lugar de EDFA se puede mejorar este parámetro [36].
Análisis del efecto de las no linealidades en la red propuesta. Determinación de la cantidad de canales ópticos y espaciamiento entre ellos
Para satisfacer el criterio de la dispersión cromática acumulada y las limitaciones en la distancia entre nodos de la red impuesta por esta, la velocidad de operación del OptiX OSN 6800 es de 2.5 Gbps. Para esta razón de bits los efectos no lineales disminuyen de manera considerable.
Empleando la fibra G.652 D, con la potencia de transmisión asumida inicialmente 6
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P dBm(3.98 mW) y operando el sistema con 40 longitudes de onda con un espaciamiento de 100 GHz entre ellas. se cumple con el criterio práctico para reducir el efecto de la Modulación Cruzada de Fase (XPM). Si se desea que el OptiX OSN 6800 se desempeñe al máximo de su capacidad (80 longitudes de onda) se reduce el espaciamiento a 50 GHz y para satisfacer la ecuación 3.16 es necesario disminuir la potencia de emisión a la mitad. El efecto de mezclado de cuatro ondas (FWM) en la red propuesta es mínimo debido a que la fibra óptica empleada es la G.652 D. Esta presenta un alto coeficiente de dispersión cromática en la banda de trabajo C que limita considerablemente la eficiencia de la FWM (ver ecuación 3.15).
Tabla 12. Parámetros del diseño de la capa óptica (Fuente: Elaboración Propia).
En resumen la red DWDM propuesta para el anillo correspondiente a la región central de Cuba se basa en el OptiX OSN 6800 de Huawei Technologies sobre la fibra SMF G.652 D
desplegada en el backbone nacional del país. Contará con 12 elementos de red (NE) a través de los cuales transitarán hasta 40 longitudes de onda espaciadas a 100 GHz a una velocidad de operación de 2.5 Gbps.
En la figura 33 se presenta la red DWDM propuesta y en la tabla 12 se recogen los parámetros obtenidos en el diseño de la capa física.
Figura 33. Diagrama de la red DWDM propuesta para el anillo central (Fuente: Elaboración Propia).